Tipos de tecnologias que podem ser utilizadas no processo Hall-Héroult

Dentro do processo Hall-Héroult existem variáveis tecnológicas que podem variar de uma planta industrial para outra. Essas variáveis estão relacionadas ao tipo de anodo utilizado nas cubas eletrolíticas, que pode ser: anodo pré-cozido e anodo de pasta Söderberg.

Os dois tipos de anodo são obtidos a partir de uma mistura de coque de petróleo calcinado e piche. No entanto, o anodo pré-cozido é fabricado antes de ser introduzido no processo de redução da alumina, sendo cozido com óleo pesado, e deve ser substituído periodicamente. O anodo de pasta Söderberg, por sua vez, é cozido na própria cuba eletrolítica, com o calor liberado no processo, e é consumido continuamente, devendo ser constantemente alimentado no sistema (GRJOTHEIM; WELCH, 1980; SHREVE; BRINK JÚNIOR, 1997, USEPA, 1999).

Na fabricação do anodo pré-cozido, o coque é britado para reduzir o tamanho dos grãos, peneirado e separado em quatro frações, denominadas de agregado seco, que, após ser pré-aquecido, é misturado com o piche em misturadores contínuos para a formação da

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pasta anódica, em temperatura de cerca de 165ºC. Em seguida, em torno de uma tonelada – quantidade necessária para produzir um bloco – do material é pesada e compactada em um molde. Os blocos seguem para fornos de cozimento13 que utilizam óleo pesado BPF (baixo ponto de fluidez) para gerar o calor necessário ao processo e garantir a temperatura de cozimento em torno de 1.200ºC, durante, aproximadamente, quinze dias. Uma haste metálica, por onde a eletricidade é conduzida nas cubas eletrolíticas, é soldada no anodo (ALBRAS, 2010).

Os anodos pré-cozidos são consumidos no processo de redução eletrolítica a uma taxa de, aproximadamente, 420kg de carbono por tonelada de alumínio produzido e, por isso, são substituídos a cada vinte e cinco dias (ALBRAS, 2010). A Figura 2.8 mostra o esquema de uma cuba eletrolítica que utiliza anodo pré-cozido.

Figura 2.8: Cuba eletrolítica que utiliza anodo pré-cozido (CWPB)

Fonte: Silva (2010)

Na tecnologia de anodos pré-cozidos, as células eletrolíticas operam com múltiplos anodos, podendo haver duas variações possíveis para a célula, as quais estão relacionadas

13 _{O forno de cozimento de anodos é construído no interior de uma estrutura de concreto na qual são}

montadas paredes feitas, basicamente de tijolos refratários e isolantes térmicos. Além disso, o forno contém corredores paralelos, denominados alternadamente de câmaras de combustão e poços de anodos (ALBRAS, 2009).

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ao local em que é feita a adição da alumina e a quebra da crosta que se forma sobre o banho eletrolítico. Quando esse local está situado no centro da cuba, a célula é do tipo CWPB (Centre Worked Pre-bake), como ilustrado na Figura 2.8. Quando está situado em um dos lados da cuba, trata-se do tipo SWPB (Side Worked Pre-Bake) (USEPA, 1999).

Na produção do anodo Söderberg, o coque de petróleo calcinado é triturado e, em seguida, peneirado em uma peneira vibratória. A fração de maior granulometria retorna ao triturador e a porção mais fina é encaminhada ao moinho de bolas com o objetivo de se obter um material com granulometria mais fina. O coque é dosado e misturado com piche líquido formando a pasta Söderberg, que é encaminhada para as cubas eletrolíticas. A pasta Söderberg deve ser alimentada de tempos em tempos, em períodos de cerca de treze dias, na medida em que é consumida durante o processo de redução (USEPA, 1999). A Figura 2.9 mostra o esquema de uma cuba eletrolítica que opera com anodo Söderberg.

Na tecnologia que emprega pasta Söderberg, as cubas eletrolíticas operam com um único anodo de grande dimensão. A pasta de coque e piche vai sendo adicionada na parte superior da carcaça de aço da cuba, na medida em que o anodo vai sendo gasto. Existem duas variações possíveis para as células que utilizam os anodos Söderberg, que estão relacionadas à posição das hastes ou pinos de sustentação (Figura 2.9), que também funcionam como condutoras de corrente elétrica para o anodo. Quando esses pinos estão fixados na parte horizontal do anodo, são chamados de anodo Söderberg de pino horizontal, ou HSS (Horizontal Stud Söderberg). Quando os pinos estão localizados na parte vertical, são chamados de anodo Söderberg de pino vertical, ou VSS (Vertical Stud Söderberg) (USEPA, 1999).

Pelo fato dos anodos serem fabricados com coque de petróleo e piche, que é matéria orgânica fóssil, durante o seu cozimento há a emissão de compostos orgânicos voláteis, provenientes, principalmente, do piche, além da formação de hidrocarbonetos policíclicos aromáticos (HPAs) (USEPA,1998a).

O que difere as tecnologias do anodo para a fabricação do alumínio no que diz respeito aos efluentes atmosféricos emitidos, incluindo os HPAs, é a forma como se dá sua fabricação e operação. No caso da utilização do anodo Söderberg, é difícil controlar as emissões já que, ele é cozido durante a eletrólise da alumina, e deve ser alimentado de tempos em tempos, gerando gases e vapores orgânicos durante seu cozimento (USEPA, 1998a).

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Figura 2.9: Cuba eletrolítica que utiliza anodo Söderberg (VSS)

Fonte: Silva (2010)

Quando se utiliza o anodo pré-cozido, apesar de ser necessária a sua substituição periódica, pelo fato do material já estar cozido, não há liberação de quantidades significativas de HPAs durante o processo de eletrólise da alumina. Nesse caso, a maior parte dos HPAs é produzida durante o cozimento do anodo. No processo de fabricação dos anodos pré-cozidos, como não há necessidade de se abrir os fornos de cozimento, é possível fazer a captação e tratamento dos efluentes atmosféricos formados e, assim sendo, a emissão de poluentes poderá ser controlada e os níveis de compostos orgânicos lançados na atmosfera serem significativamente reduzidos.

Outra vantagem dos anodos pré-cozidos é que a eficiência de aproveitamento energético é maior, uma vez que o aquecimento resistivo é usado apenas para manter o banho em seu estado fundido, enquanto que para os anodos de pasta Söderberg, o calor também é usado para o cozimento do anodo (USEPA, 1998b).

Uma desvantagem da utilização de anodos pré-cozidos é que a planta industrial de redução de alumínio deve estar localizada próxima à unidade de fabricação de anodo para facilitar no transporte dos blocos, ou então eles devem ser produzidos na mesma área

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industrial, que é o que acontece, na maioria das vezes. Outra desvantagem é que, ao serem consumidos os anodos pré-cozidos devem ser retirados para serem substituídos, havendo interrupção da produção, enquanto que os anodos de pasta Söderberg operam continuamente (USEPA, 1995).

O anodo Söderberg é uma tecnologia antiga, que degrada mais o ambiente e possui menor eficiência de processo. Por isso, vem sendo substituído pelo anodo pré-cozido. Porém, essa substituição implica também, na substituição das cubas eletrolíticas. Por esta razão, a sua substituição pode não ser economicamente viável para ser realizada por todas as empresas. De acordo com Moors (2006), todas as indústrias construídas a partir de 1975 passaram a utilizar a tecnologia de anodos pré-cozidos, mas, ainda assim, um terço da produção mundial de alumínio se processa em plantas que utilizam a tecnologia Söderberg.

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